摘要：純電動汽車永磁同步電機是影響整車的NVH性能主要激勵源之一，通過對驅動電機定子的分析與優(yōu)化，能有效降低電機諧頻激勵，減小電機振動，從而提高整車NVH舒適性。文章以一款純電動車型為例，重點講述通過測試排查減速能量回收車內嘯叫問題，確認驅動電機24階、48階激勵通過結構和空氣傳遞到車內，引起車內中高頻嘯叫聲，最終優(yōu)化驅動電機定子繞組得以改善，達到優(yōu)化車內噪聲的目的，為純電動汽車NVH性能開發(fā)和優(yōu)化提供參考與借鑒。

作者信息：
姓名：朱建，鄭濤，呂運川
單位：眾泰汽車工程研究院

前言

隨著世界環(huán)境問題嚴峻化、國內汽車排放標準嚴格化，新能源電動汽車作為一種使用電能作為驅動能源的現代交通工具，將作為全球汽車工業(yè)當前和未來發(fā)展的重點。純電動汽車使用電機作為動力源，是驅動整車行駛的核心部件。而永磁同步電機（PMSM）因具有高功率密度、高效率、良好的轉矩特性，以及結構簡單、體積小、噪聲振動低等特點，是目前純電動汽車的主流選擇。驅動電機轉矩波動將直接影響到車內噪聲振動舒適性。本文以某純電動汽車開發(fā)過程中在減速能量回收工況車內電磁嘯叫聲的優(yōu)化過程為例，考慮了驅動電機高階諧頻激勵對整車NVH性能的影響，并對電機定子繞組進行優(yōu)化，從而達到消除車內高頻嘯叫聲的目的，旨在為純電動汽車NVH性能開發(fā)和優(yōu)化提供參考與借鑒。


1 問題描述

該純電動車型搭載的電驅動系統(tǒng)包含永磁同步電機、單速比減速器以及三合一控制器，布置方式采用前置前驅，電機轉子為8磁極V型，定子為48槽單層繞組結構。在減速能量回收工況，電機轉速由3500rpm（轉/分鐘）降到1300rpm期間，主觀評價車內有明顯高頻嘯叫聲。對該工況下車內噪聲進行測試，結果如圖1-2所示。


圖1 減速能量回收工況車內噪聲（優(yōu)化前）


圖2 減速能量回收工況車內噪聲突出率（優(yōu)化前）

2 診斷分析

對車內噪聲及突出率彩圖進行階次切片分析，如圖3-4。整車減速能量回收工況車內嘯叫聲24階3500-1800rpm及48階2000-1300rpm均比較明顯，車內噪聲突出率24階和48階在對應轉速均大于目標4dB，測試結果與主觀評價結果相對應


圖3 車內噪聲總聲壓級及階次


圖4 車內噪聲突出率

本樣車驅動電機為8極48槽永磁同步電機，主要激勵為8k階（k=1、2、3、4…）,24階為電機轉子磁極數3階諧頻，48階為電機轉子磁極6階諧頻和定子齒槽數基頻。

3 電機階次嘯叫聲優(yōu)化

永磁同步電機三相交流繞組的形式很多，按繞組層數分為單層繞組和雙層繞組。單層繞組即每一個定子槽內僅有一個線圈，雙層繞組則一個定子槽內有兩個線圈（上層線圈、下層線圈），如圖5所示：


圖5 單、雙繞組結構示意圖

單層繞組的特點是：槽內無層間絕緣，槽利用率高；同一槽內導體居于同一相，不會發(fā)生層間擊穿；線圈數較雙層少，線圈制造和嵌線方便，但不能做成短節(jié)距以改善磁場波形。

雙層繞組的特點是：可通過合理選擇節(jié)距和分布的辦法來改善感應電動勢和磁動勢的波形，使永磁同步電機得到較好的電磁性能；端部排列整齊，線圈尺寸相同，便于制造，但絕緣材料及線圈用量多，嵌線復雜,這樣能增加端部的掛漆量，削弱運行過程中端部振動。雙層繞組在運行過程中能有效的減小電機扭矩波動，從而也減小基頻以外的其他諧頻階次振動噪聲。優(yōu)化試制定子雙繞組電機，如圖6所示。


圖6 定子繞組實物圖

在整車狀態(tài)下，通過示波器測試雙繞組電機電流波形，與單繞組對比雙繞組電機電流波形更為平順且正弦化，如圖7所示。




圖7 電機電流波形對比

經整車測試驗證，減速能量回收工況車內噪聲24階、48階均明顯降低；噪聲階次突出率也明顯降低，滿足目標≤4dB，結果如圖8-11所示。主觀評價車內電機嘯叫聲明顯改善。


圖8車內噪聲彩圖（優(yōu)化后）


圖9 車內噪聲24階優(yōu)化前后對比


圖10車內噪聲48階優(yōu)化前后對比


圖11 車內噪聲階次突出率（優(yōu)化后）

4 結論

永磁同步電機定子繞組形式對純電動汽車車內嘯叫聲有很大影響。本文通過對驅動電機定子繞組進行優(yōu)化，有效降低了整車減速能量回收工況電機諧頻階次(24階、48階)引起的車內中高頻嘯叫聲，提升了該電動汽車車內噪聲舒適性。本文旨在為純電動汽車NVH性能開發(fā)和優(yōu)化提供參考與借鑒。